비동기 인식 프리미티브 (Async-aware Primitives)

tokio 문서를 살펴보면 표준 라이브러리의 타입들과 이름은 같지만 비동기적인 특성을 가진 타입들을 많이 발견할 수 있습니다. 예를 들어 잠금(Locks), 채널(Channels), 타이머(Timers) 등이 있죠.

비동기 컨텍스트에서 작업할 때는 동기 방식의 대응물보다 이런 비동기 대안들을 우선적으로 사용해야 합니다.

왜 그런지 이해하기 위해, 이전 챕터에서 다뤘던 상호 배제 잠금인 Mutex를 예로 들어보겠습니다.

사례 연구: `Mutex`

간단한 예제 코드를 보겠습니다:

use std::sync::{Arc, Mutex};

async fn run(m: Arc<Mutex<Vec<u64>>>) {
    let guard = m.lock().unwrap();
    http_call(&guard).await;
    println!("Sent {:?} to the server", &guard);
    // `guard`는 여기서 드롭(Drop)됩니다.
}

/// `v`를 HTTP 호출의 본문으로 사용합니다.
async fn http_call(v: &[u64]) {
  // [...]
}

`std::sync::MutexGuard`와 양보 지점

이 코드는 컴파일은 되지만 매우 위험합니다.

비동기 컨텍스트 내에서 std 라이브러리의 Mutex 잠금을 획득하고 있습니다. 그리고 그 결과물인 MutexGuard를 유지한 채로 양보 지점(http_call의 .await)을 넘어갑니다.

단일 스레드 런타임에서 두 개의 태스크가 동시에 run을 실행한다고 가정해 봅시다. 스케줄링 순서는 다음과 같을 수 있습니다:

     태스크 A          태스크 B
        | 
  잠금 획득
 런타임에 양보
        | 
        +--------------+
                       |
             잠금 획득 시도 (차단됨!)

여기서 **교착 상태(Deadlock)**가 발생합니다. 태스크 B는 잠금을 얻으려 하지만, 이미 태스크 A가 잠금을 쥐고 있는 상태입니다. 태스크 A는 잠금을 해제하기 전 런타임에 제어권을 양보했는데, 런타임은 태스크 B를 강제로 중단(선점)할 수 없으므로 태스크 A가 다시 실행될 기회를 얻지 못하게 됩니다.

`tokio::sync::Mutex`

이 문제는 tokio::sync::Mutex로 바꾸면 깔끔하게 해결됩니다:

use std::sync::Arc;
use tokio::sync::Mutex;

async fn run(m: Arc<Mutex<Vec<u64>>>) {
    let guard = m.lock().await;
    http_call(&guard).await;
    println!("Sent {:?} to the server", &guard);
    // `guard`는 여기서 드롭됩니다.
}

이제 잠금을 획득하는 과정 자체가 비동기 작업이 됩니다. 만약 잠금을 즉시 얻을 수 없다면 런타임에 제어권을 양보하죠. 다시 이전 시나리오를 적용해 보면 다음과 같이 동작합니다:

       태스크 A          태스크 B
          | 
  잠금 획득
  `http_call` 시작
  런타임에 양보
          | 
          +--------------+
                         |
             잠금 획득 시도
              (획득 불가 -> 런타임에 양보)
                         |
          +--------------+
          |
`http_call` 완료      
  잠금 해제
  런타임에 양보
          |
          +--------------+
                         |
                 잠금 획득 성공!
                       [...]

모든 것이 정상적으로 동작하네요!

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비동기 인식 프리미티브 (Async-aware Primitives)

사례 연구: `Mutex`

`std::sync::MutexGuard`와 양보 지점

`tokio::sync::Mutex`

다중 스레드라도 안전하지 않습니다

트레이드오프

다른 프리미티브들

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